60 t/h增壓流化床鍋爐的壓力殼為一只低壓大直徑薄壁容器，重量很大的鍋爐本體懸吊在殼體的項部，給壓力殼總體結(jié)構(gòu)帶來較嚴重的強度和剮度問題。此外，大口徑的煙氣引出管、啟動燃燒室接口以及大量的水、汽管路等要從鍋爐本體貫穿壓力殼引出，因而帶來了許多接管外載荷、熱膨脹等問題，增加了壓力殼的設(shè)計難度。這些問題通過有限元分析都得到了圓滿的解決。
1、設(shè)計結(jié)構(gòu)
1.1設(shè)計參數(shù)
    設(shè)計壓力：0.65MPa;設(shè)計溫度：280℃；內(nèi)直徑：7 400 mm;有效容積：692 m3;操作介質(zhì)：煙氣、空氣；支座型式：裙式；殼體承吊鍋爐重量：160 t：氣壓試驗壓力：0.93 MPa;射線探傷百分比：100%;地震烈度：7級。
1.2殼體
    圓筒型殼體內(nèi)徑為7400 mm，壁厚28mm，上、下為半球形瓜片拼接封頭，材料為16MnR。壓力殼立式安裝，在圓筒體的下部裝設(shè)了強固的裙式支座。在圓筒體的上部設(shè)置了一套組合式焊接梁，鍋爐本體的全部重量通過8個吊點上的U形螺栓支承在焊接梁上。在圓筒體的殼壁上焊接了8只托架，支架托起焊接梁和鍋爐本體的重量。
    圓筒體全長11  170 mm，考慮到運輸和現(xiàn)場吊裝能力，將整個筒體分為5個短節(jié)，每節(jié)4塊弧形板預(yù)彎出廠，每塊板的展開尺寸為5 856 mm×2 234 mm。
1.3球形封頭
上、下球形封頭設(shè)計時，在其封頭的頂部各帶有一個直徑d=2700 mm的球冠，其余部分沿圓周均分為12塊瓜瓣。球形封頭的內(nèi)半徑SR=3 700 mm，壁厚20mm，材料為16MnR。與簡體對接處的壁厚差異用在筒體上的斜面削薄進行過渡。采用球形封頭型式除了考慮了球形結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)好、節(jié)省材料之外，最主要的因素是可以用工廠現(xiàn)有的半徑略小于3700mm的球形壓模在常溫下用點壓法制成形，成形后由于冷變形的回彈作用，球形封頭的內(nèi)半徑將能控制到3 700 mm的最終尺寸。從水壓機最大開擋確定用12塊瓜瓣片，這樣可減少焊縫金屬耗量和現(xiàn)場安裝工作量。
    三門峽富通新能源銷售生物質(zhì)鍋爐，這種生物質(zhì)鍋爐主要用來燃燒木屑顆粒機、秸稈顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，如下圖所示： 1.4吊架設(shè)計
    懸吊鍋爐的吊架是由兩根大梁和4根小梁組成的，小梁搭接在大梁上并用螺栓將二者連接起來，整個吊架呈井字型布置，使鍋爐本體的8個吊點能均勻分布在大、小梁的各對應(yīng)位置上。所有大、小梁都是用鋼板焊接結(jié)構(gòu)，在設(shè)計工況下要求梁的最大撓度不得大于其跨度的1/1 000。整個吊架要由焊在簡體壁上的8只托架托起。
1.5加強圈設(shè)計
    因為整臺設(shè)備是現(xiàn)場安裝的，在頂封頭未安裝、圓筒體敞口的情況下，在圓筒體上部的8個托架上承吊了鍋爐本體的全部重量，使殼體的局部區(qū)域有出現(xiàn)失穩(wěn)的危險。為了解決這一問題，在吊架部位的圓筒體外壁上設(shè)計了三道工字形焊接板梁圈，圈間距800 mm，大梁托架正好位于中間加強圈的位置上，三道圈之間用36號工字鋼連接起來，在8個吊點的位置用斜支撐連接而成米字形結(jié)構(gòu)，這樣使吊梁部位的圓筒體有一個牢固的結(jié)構(gòu)，消除了局部失穩(wěn)的可能性。
    由于壓力殼和鍋爐本體重量全部作用到裙座上，所以設(shè)計了一個較為堅固的裙座結(jié)構(gòu)，在裙座和加強圈之間的簡體上等距離布置了5圈10號角鋼環(huán)，各環(huán)之間用立式角鋼相聯(lián)接，使圓筒體的薄殼為許多方框形角鋼所加固，增加了它抵御局部加載、風載和地震的能力。角鋼圈還起到殼體外部絕熱層的支托作用。
1.6接管設(shè)計
    由于鍋爐本體吊裝在壓力殼內(nèi)，有許多管子如鍋爐的上、下水管、煙氣出口管、啟動燃燒室管、灰渣排放管等都要穿過壓力殼引至殼體外部，僅各種接管就多達58根，分別布置在上、下封頭和筒體上。這些管子引出后和固定在不同標高水泥框架上的汽包及設(shè)備相連接。因為溫度變化，接管相對于壓力殼的熱膨脹量很大，最大膨脹量高達66 mm。由于管道的熱膨脹將會增加管道應(yīng)力和產(chǎn)生管道對壓力殼巨大的外加載荷，在操作壓力和操作溫度變化的情況下還可能引起管道和壓力殼局部高應(yīng)力區(qū)的疲勞破壞。
    為此對所有管道用有限元法進行應(yīng)力和變形計算，計算發(fā)現(xiàn)除了下封頭底部的灰渣排敖管用填料函密封的滑動連接型式不需采用措施外，其余接管都產(chǎn)生較大的熱膨脹應(yīng)力，必須在接管上加焊一個4波單層波形膨脹節(jié)，用來吸收殼體和管道之間的變形量。最大接管外載荷發(fā)生在上封頭所開的一排接管孔，該排管子是由鍋爐本體上聯(lián)箱引出和汽包之間的連接管，因為處于同一標高上，管子短且無足夠的彎曲空間，故采用雙關(guān)節(jié)型膨脹節(jié)來解決變形的補償問題。
    殼體上還有兩個較大的開口，一處是在下封頭上開一個d=1424 mm的啟動燃燒室管；另一處是筒體上部開的d=l396 mm的煙氣出口管。在管孔上除了用補強板進行補強外，還均勻設(shè)置了加強筋板以增大開孔連接部位的強度和剛度，煙氣出口管還有較大的管道載荷，以上兩孔都經(jīng)過了有限元應(yīng)力計算。
    因為殼體在受內(nèi)壓工況時均按GB150-89《鋼制壓力容器》規(guī)范進行設(shè)計，因此殼體應(yīng)力是滿足設(shè)計要求的。鍋爐本體吊裝對殼體施加的局部載荷主要由殼體外部加強框架來承受，所以對殼體的有限元計算主要是計算梁的撓曲和加強結(jié)構(gòu)的變形，側(cè)重計算總體剛度而不是殼體的應(yīng)力，因此殼體的網(wǎng)格劃分得較．粗。計算總體變形時忽略了煙道管和啟動燃燒器管口的存在，而對兩處作局部區(qū)的應(yīng)力計算來處理。
2、殼體的有限元計算
2.1  力學模型
    由于整個壓力殼和吊梁布置對空聞直角坐標系具有對稱性，取壓力殼頂視圖的1/4為計算模型，殼體和裙座用板單元，大、小吊梁加強圈和角鋼用梁單元來劃分。本題共有21 1個板單元和206個梁單元，板殼和梁上相對應(yīng)節(jié)點用主從自由度來約束，假定地腳螺栓將裙座和地基緊固在一起。除了在殼體內(nèi)壁面受0.65MPa壓力外，在大、小吊梁的鍋爐本體兩個吊點上各施加20 t集中力。
2.2計算結(jié)果
    有限元計算數(shù)據(jù)經(jīng)整理如表所示。
    表各種桿件表面最大彎曲應(yīng)力值(MPa)
    在設(shè)計壓力0.65 Mpa時，圓筒體與球形封頭的計算應(yīng)力分別為90 MPa和64 MPa，均大大低于16MnR鋼板280℃下的許用應(yīng)力130.8 MPa。
    由于殼體上存在兩個較大的加載區(qū)，即吊梁區(qū)和裙座區(qū)，所以在該兩區(qū)及其鄰近部位的桿件有較大的應(yīng)力波動，隨著和該兩區(qū)距離的增大應(yīng)力波動迅速減少。
    由于5個角鋼圈對殼體的加強作用，每段立置角鋼均呈向殼體外彎曲使應(yīng)力呈現(xiàn)正弦分布。
    中間粱是將兩組吊裝連在一起，并起到減少大梁扭轉(zhuǎn)的作用。中間梁l號起到較大的抗扭作用，因此它的表面彎曲應(yīng)力最大，達到117.5 MPa。
    材料Q235-A在280℃時的許用應(yīng)力≤89.2 MPa，因所有的桿件上的應(yīng)力均為表面彎曲應(yīng)力值，其許用應(yīng)力應(yīng)為1.5-133.8MPa，故以上各桿件的應(yīng)力均在允許值之內(nèi)，材料處在彈性范圍之內(nèi)，不存在失穩(wěn)問題。MW,即此時聯(lián)合循環(huán)出力最大。
5、結(jié)論
    通過以上計算與分析，在聯(lián)合循環(huán)電站中所采用的燃氣輪機的壓比不應(yīng)選擇過高。燃氣輪機和汽輪機的最佳功率比約為2:1。補燃型余熱鍋爐和常規(guī)余熱鍋爐在效率上相比較，循環(huán)效率提高不大。采用雙壓余熱鍋爐聯(lián)合循環(huán)比單壓余熱鍋爐的聯(lián)合循環(huán)在效率上略有提高。采用本文優(yōu)化設(shè)計雙壓余熱鍋爐的計算方法設(shè)計出的余熱鍋爐，可確保聯(lián)合循環(huán)出力最大、效率高。